聚苯胺-石墨烯納米復(fù)合材料在痕量重金屬離子檢測(cè)中的應(yīng)用-常雁紅(完整版)實(shí)用資料

聚苯胺_石墨烯納米復(fù)合材料在痕量重金屬離子檢測(cè)中的應(yīng)用_常雁紅（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）

聚苯胺_石墨烯納米復(fù)合材料在痕量重金屬離子檢測(cè)中的應(yīng)用_常雁紅（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）Polyaniline/GrapheneNanocompositeinDetectingTraceHeavyMetalIonsChangYanhong1,WangBin1,2,LuoHui1,ZhiLinjie21UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China2NationalCenterforNanoscienceandTechnology,TheChineseAcademyofSciences,Beijing100080,ChinaAbstract:Polyaniline/graphenenanocomposite(PANI/Gwassynthesizedbyaninsitupolymerizationpro-cedure.ThemicrostructureofPANI/GwascharacterizedbySEM,TEMandXRD.TheelectrochemicalmethodswereusedtoinvestigatetheapplicationofPANI/Gindetectingtraceheavymetalions.UsingPANI/Gmodifiedglassy-carbonelectrodeasaworkingelectrode,themixedheavymetalionsincludingCd2+,Cu2+,Pb2+wereidentifiedbyAnodicStrippingVoltammetry(ASV.ResultsshowedthatPANInanotubescoatedbygraphenenanosheertsexhibitedhighersensitivityindetectingheavymetalionsthanPANInano-tubes.ThedetectionlimitsforCd2+,Cu2+andPb2+inmixedheavymetalionswere10-5mol/L,10-7mol/Land10-8mol/L,respectively.Keywords:graphene;polyaniline;electrochemicalanalysis;heavymetalions聚苯胺/石墨烯納米復(fù)合材料在痕量重金屬離子檢測(cè)中的應(yīng)用常雁紅1,王斌1,2,羅暉1,智林杰1北京科技大學(xué),北京,中國,1000832中國科學(xué)院,國家納米科學(xué)中心,北京,中國,100080摘要:采用原位聚合的方法合成了聚苯胺/石墨烯納米復(fù)合材料(PANI/G。利用SEM、TEM、XRD等方法對(duì)納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,并采用電化學(xué)方法探討了復(fù)合材料在痕量重金屬離子檢測(cè)中的應(yīng)用。以PANI/G修飾的玻碳電極為工作電極,采用陽極溶出伏安法對(duì)Cd2+、Pb2+、Cu2+三種重金屬離子混合溶液進(jìn)行了電化學(xué)檢測(cè)。研究結(jié)果表明:PANI/G為薄層石墨烯片包覆聚苯胺納米管結(jié)構(gòu);PANI/G比PANI對(duì)重金屬離子的檢測(cè)性能好,PANI/G修飾的玻碳電極對(duì)混合金屬離子溶液中Cd2+的檢測(cè)下限為10-5mol/L,Cu2+的檢測(cè)下限為10-7mol/L,對(duì)Pb2+的檢測(cè)下限可以達(dá)到10-8mol/L。關(guān)鍵詞:石墨烯;聚苯胺;電化學(xué)檢測(cè);重金屬離子1引言重金屬離子廣泛存在于各種水體中,具有痕量致毒、生物放大及在生物體內(nèi)難以降解等特點(diǎn),對(duì)人體健康危害明顯,因而重金屬污染研究已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)研究中的重要課題。重金屬離子的快速檢測(cè)技術(shù)在近年來得到極大發(fā)展,其中電化學(xué)檢測(cè)方法由于具有簡便可行、靈敏度高等優(yōu)勢(shì),在眾多檢測(cè)技術(shù)中脫穎而出[1-3]。針對(duì)電化學(xué)陽極溶出檢測(cè)方法,化學(xué)修飾電極是研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn),尤其是所選用的活性材料,材料的性能直接影響到檢測(cè)的過程和效果[4-7]。聚苯胺(PANI作為一種富含-CN的導(dǎo)電有機(jī)聚合物,具有電導(dǎo)率好、活性位點(diǎn)多等優(yōu)勢(shì),是一種通用的傳感材料[8-10]。石墨烯(Graphene是具有單碳原子層厚度的二維納米材料,由于具有超高電導(dǎo)率、大比表面積等特點(diǎn),近幾年來得到了極大發(fā)展,被應(yīng)用在眾多領(lǐng)域[11-13]。綜合考慮聚苯胺和石墨烯的特點(diǎn),本文制備了聚苯胺/石墨烯納米復(fù)合材料(PANI/G,ConferenceonEnvironmentalPollutionandPublicHealth978-1-935068-16-7?2021SciRes.1169這種納米復(fù)合材料既利用了聚苯胺的高電化學(xué)活性,又通過負(fù)載石墨烯彌補(bǔ)了聚苯胺本身比表面積不大的缺陷,可大大提高聚苯胺修飾電極的電化學(xué)活性,有利于對(duì)多種重金屬離子的富集和檢測(cè)。本文通過原位聚合的方法合成了聚苯胺/石墨烯納米復(fù)合材料(PANI/G,并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征與分析。通過與空白玻碳電極與聚苯胺修飾的玻碳電極進(jìn)行比較,考察了PANI/G修飾的電極檢測(cè)不同種類重金屬離子的能力。2實(shí)驗(yàn)部分2.1PANI/G的制備與表征所用藥品均為分析級(jí),全部實(shí)驗(yàn)過程使用三級(jí)去離子水。取一定量石墨烯固體粉末混于150mL鹽酸溶液中(1mol/L,超聲處理30分鐘,得到石墨烯懸浮液于冰箱中冷卻一定時(shí)間。將一定量苯胺分散在150mL鹽酸溶液中制得0.2mol/L的溶液,另外將一定量過硫酸胺溶于200mL事先冷卻處理的鹽酸中得到0.5mol/L的溶液備用。在攪拌狀態(tài)下向上述石墨烯懸浮液中依次慢慢滴加苯胺溶液和過硫酸胺溶液,之后于冰浴下攪拌反應(yīng)12小時(shí),過濾,用甲醇、乙醚、水充分洗滌,過濾、干燥后可得到黑色粉末。在不加石墨烯的同等條件下制備得到聚苯胺。材料的表面形貌觀察采用G20ST透射電鏡(TEM和S4800型掃描電鏡(SEM,結(jié)構(gòu)分析采用X射線衍射儀(XRD。2.2PANI/G修飾玻碳電極的制備采用1%的nafion溶液作為黏合劑,將一定量PANI/G粉末分散在nafion溶液中,振蕩、超聲使其分散均勻。采用粒徑為0.3μm鋁粉對(duì)玻碳電極進(jìn)行表面拋光,三級(jí)蒸餾水沖洗干凈。取20μL材料分散液滴涂在電極表面,自然晾干后備用。作為對(duì)比,同時(shí)制備了只有聚苯胺修飾的玻碳電極。2.3重金屬離子的電化學(xué)檢測(cè)方法采用陽極溶出伏安法實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬離子的電化學(xué)檢測(cè)。首先將電極浸入攪拌中的重金屬離子溶液中吸附5分鐘;然后將電極轉(zhuǎn)移到有鹽酸溶液的電解槽中,-1V條件下進(jìn)行離子沉積120s;最后通過正向電位掃描記錄輸出信號(hào)。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)在CHI660型電化學(xué)工作站上進(jìn)行,三電極系統(tǒng),金屬鉑絲做對(duì)電極,飽和甘汞電極做參比電極。3結(jié)果與討論3.1PANI/G的結(jié)構(gòu)表征取少量制得的PANI和PANI/G材料附著在導(dǎo)電膠上進(jìn)行掃描電鏡觀察,得到試樣宏觀形貌如圖1所示。可以看出,聚苯胺形成了密集分布的管狀結(jié)構(gòu),管徑在100nm~200nm之間(圖1a。引入石墨烯以后,聚苯胺納米管團(tuán)簇與石墨烯混在一起,由于石墨烯片層較大,基本形成了石墨烯包裹聚苯胺納米管團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)(圖1b,這種結(jié)構(gòu)增加了聚苯胺納米管之間的有效接觸,利于電子在納米復(fù)合材料上的傳輸,提高了材料的電化學(xué)活性。為進(jìn)一步表征材料的微觀結(jié)構(gòu),將少量PANI和PANI/G超聲分散在一定量三次去離子水中,滴在銅網(wǎng)上干燥以后進(jìn)行透射電鏡觀察。圖1c顯示的是PANI的微觀形貌,可以看出得到的聚苯胺納米管長短不一,從納米級(jí)到微米級(jí)不等。從圖1d中可以看出石墨烯片層均勻,聚苯胺納米管被薄層石墨烯包覆。這一結(jié)果進(jìn)一步說明石墨烯片層和聚苯胺納米管充分接觸,形成了石墨烯包裹聚苯胺納米管的結(jié)構(gòu)。圖2為PANI和PANI/G的XRD譜圖。與PANI的譜圖相比,有石墨烯混入的PANI/G出現(xiàn)了石墨烯的兩個(gè)特征衍射峰(001和100。001衍射峰體現(xiàn)了薄層石墨的層間結(jié)構(gòu),100衍射峰則是代表了石墨烯二維平面上的周期性結(jié)構(gòu)。XRD的分析結(jié)果表明了PANI/G復(fù)合材料中石墨烯的存在,并且仍保持了原有的結(jié)構(gòu),成為了聚苯胺納米管的良好載體以及電子傳輸通道。3.2重金屬離子檢測(cè)為了研究PANI/G復(fù)合材料對(duì)痕量重金屬離子的檢測(cè)效果,我們選取了Cd2+、Pb2+、Cu2+三種重金屬離子作為測(cè)試對(duì)象,并與PANI的檢測(cè)效果進(jìn)行了對(duì)比。從圖3a可以看出,與PANI修飾的電極相比,石墨烯的引入大大提高了檢測(cè)信號(hào)峰強(qiáng)度。添加了PANI/G的電極在-0.78V(對(duì)飽和甘汞電極,下同、-0.48V、-0.15V分別出現(xiàn)了信號(hào)峰,各自對(duì)應(yīng)于Cd2+、Pb2+、Cu2+在電極表面上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng),表明了ConferenceonEnvironmentalPollutionandPublicHealth978-1-935068-16-7?2021SciRes.1170圖1.PANI(a和PANI/G(b的SEM像,以及PANI(c和PANI/G(d的TEM像Figure1.SEMimagesofPANI(aandPANI/G(b,TEMimagesofPANI(candPANI/G(d圖3.(aPANI/G和PANI修飾的玻碳電極檢測(cè)Cd2+、Pb2+、Cu2+混合離子的溶出伏安曲線,重金屬離子濃度均為10-5mol/L;(bPANI/G修飾的玻碳電極檢測(cè)不同濃度的Cd2+、Pb2+、Cu2+混合離子的溶出伏安曲線,從上至下濃度依次為:10-6mol/L、10-7mol/L、10-8mol/L和10-9mol/LFigure3.(aAnodicStrippingVoltammetrycurvesrecordedusingbothPANI/GandPANImodifiedelectrodesinCd2+、Pb2+、Cu2+mixedsolution,theconcentrationwas10-5mol/L;(bAnodicStrippingVoltammetrycurvesrecordedusingaPANI/Gmodi-fiedelectrodeinCd2+、Pb2+、Cu2+mixedsolutionofdifferentconcentrations,fromtoptobottom,10-6mol/L、10-7mol/L、10-8mol/Land10-9mol/L圖2.PANI/G(a和PANI(b的XRD譜圖Figure2.XRDpatternsofPANI/G(aandPANI(b修飾的電極對(duì)Cu2+的檢測(cè)下限為10-7mol/L,對(duì)Pb2+的檢測(cè)下限可以達(dá)到10-8mol/L。PANI/G修飾的玻碳電極對(duì)三種離子都有檢測(cè)效果。曲線中有肩峰的出現(xiàn),可能是不同價(jià)態(tài)的離子之間發(fā)生的不同氧化還原反應(yīng)引起的,與電極表面不同的微觀環(huán)境也有關(guān)系。與PANI/G相比,PANI修飾的電極在-0.78V處沒有信號(hào)變化,說明單純的PANI在Pb2+、Cu2+存在條件下對(duì)10-5mol/L的Cd2+沒有檢測(cè)效果。另外由于石墨烯的摻入,PANI/G對(duì)鉛離子的檢測(cè)性能提高了一倍以上。4結(jié)論采用原位聚合的方法得到的聚苯胺/石墨烯復(fù)合納米材料(PANI/G為石墨烯片層包覆聚苯胺納米管結(jié)構(gòu),PANI/G修飾的電極對(duì)混合重金屬離子Cd2+、Pb2+、Cu2+的檢測(cè)效果比聚苯胺材料提高了一倍,在同種條件下對(duì)Cd2+的檢測(cè)下限為10-5mol/L,對(duì)Cu2+的檢測(cè)下限為10-7mol/L,對(duì)Pb2+的檢測(cè)下限可以達(dá)到10-8mol/L。圖3b對(duì)PANI/G修飾電極的重金屬離子檢測(cè)效果做了進(jìn)一步的研究,通過研究對(duì)不同濃度重金屬離子產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度的變化,可以看出PANI/GConferenceonEnvironmentalPollutionandPublicHealth978-1-935068-16-7?2021SciRes.1171References(參考文獻(xiàn)[1]GracielaMartínez-Paredes,MaríaBegonaGonzález-García,AgustínCosta-García,Insituelectrochemicalgenerationofgoldnanostructuredscreen-printedcarbonelectrodes.Applicationtothedetectionofleadunderpotentialdeposition[J],Electro-chimicaActa,2021,54,4801-4808.[2]RezaOjani,EbrahimAhmadi,Jahan-BakhshRaoof,etal.Char-acterizationofacarbonpasteelectrodecontainingorganicallymodi?ednanostructuresilica:Applicationtovoltammetricde-tectionofferricyanide[J],JournalofElectroanalyticalChemistry,2021,626,23-29.[3]MarieHeitzmann,ChristopheBucher,Jean-ClaudeMoutet,etal.Complexationofpoly(pyrrole-EDTAlike?lmmodi?edelec-trodes:Applicationtometalcationselectroanalysis[J],Electro-chimicaActa,2007,52,3082-3087.[4]ImaneAdraoui,MamaElRhazi,Aziz.Amine,etal.LeadDe-terminationbyAnodicStrippingVoltammetryUsingap-PhenylenediamineModifiedCarbonPasteElectrode[J],Elec-troanalysis,2005,17,685-693.[5]AdamWanekaya,OmowunmiA.Sadik,Electrochemicaldetec-tionofleadusingoveroxidizedpolypyrrole?lms[J],JournalofElectroanalyticalChemistry,2002,537,135-143.[6]GeorgeO.Buica,ChristopheBucher,Jean-ClaudeMoutet,etal.VoltammetricSensingofMercuryandCopperCationsatPoly(EDTA-likeFilmModifiedElectrode[J],Electroanalysis,2021,21,77-86.[7]StephanieGoubert-Renaudin,MathieuMoreau,ChristelleDespas,etal.VoltammetricDetectionofLead(IIUsingAm-ide-Cyclam-FunctionalizedSilica-ModifiedCarbonPasteElec-trodes[J],Electroanalysis,2021,21,1731-1742.[8]LeiZhang,ChunhuaZhang,JiyingLian,Electrochemicalsyn-thesisofpolyanilinenano-networksonp-aminobenzenesulfonicacidfunctionalizedglassycarbonelectrodeItsuseforthesimul-taneousdeterminationofascorbicacidanduricacid[J],Biosen-sorsandBioelectronics,2021,24,690-695.[9]DanShan,QiaofangShi,DaobinZhu,etal.Inhibitivedetectionofbenzoicacidusinganovelphenolsbiosensorbasedonpoly-aniline–polyacrylonitrilecompositematrix[J],Talanta,2007,72,1767-1772.[10]YingLi,YogeswaranUmasankar,Shen-MingChen,etal.Poly-anilineandpoly(?avinadeninedinucleotidedopedmulti-walledcarbonnanotubesforp-acetamidophenolsensor[J],Talanta,2021,79,486-492.[11]YujunSong,KonggangQu,ChaoZhao,etal.GrapheneOxide:IntrinsicPeroxidaseCatalyticActivityandItsApplicationtoGlucoseDetection[J],AdvancedMaterials,2021,22,2206-2021.[12]F.Schedin,A.K.Geim,S.V.Morozov,etal.Detectionofindi-vidualgasmoleculesadsorbedongraphene[J],NatureMaterials,2007,6,652-655.[13]YuxiXu,LuZhao,HuaBai,etal.ChemicallyConvertedGrpheneInducedMolecularFlatteningof5,10,15,20-Tetrakis(1-methyl-4-pyridinioporphyrinandItsApplicationforOpticalDetectionofCadmium(IIIons[J],JournalofAmericanChemi-calSociety,2021,131,13490-13497.ConferenceonEnvironmentalPollutionandPublicHealth978-1-935068-16-7?2021SciRes.1172第25卷第8期高分子材料科學(xué)與工程Vol.25,No.82021年8月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGAug.2021聚苯硫醚/碳納米管復(fù)合材料的導(dǎo)電和力學(xué)性能吳蘭峰1,2,吳德峰1,2,張明1,2(1.揚(yáng)州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院;2.江蘇省環(huán)境材料與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇揚(yáng)州225002摘要:采用熔融共混制備了聚苯硫醚/碳納米管復(fù)合材料,考察了復(fù)合材料的形態(tài)、導(dǎo)電及力學(xué)性能。結(jié)果表明,碳納米管均勻分散于聚苯硫醚基體中,二者的界面結(jié)合緊密;少量碳納米管的加入即可顯著增加復(fù)合材料的導(dǎo)電性,其逾滲閥值約為2phr~3phr;與聚苯硫醚相比,復(fù)合材料的拉伸及沖擊強(qiáng)度全面提高,但由于碳納米管的微觀聚集與其應(yīng)力傳遞作用間相互矛盾,因此過多的碳納米管對(duì)材料力學(xué)性能貢獻(xiàn)不大,這也得到了動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試的進(jìn)一步證實(shí)。關(guān)鍵詞:聚苯硫醚;碳納米管;復(fù)合材料;電性能;力學(xué)性能中圖分類號(hào):TB383文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):100027555(20210820036204收稿日期:2021206219基金項(xiàng)目:江蘇省青年科技創(chuàng)新人才啟動(dòng)項(xiàng)目(BK209作為一種高性能的新型工程塑料,聚苯硫醚(PPS因其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性等特點(diǎn)而日益受到材料領(lǐng)域的重視。不過PPS沖擊強(qiáng)度低,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不高,這限制了其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。人們經(jīng)常采用提高分子量、與聚合物共混以及填充改性等方法來進(jìn)一步提高PPS的綜合性能[1,2]。其中,填充改性由于實(shí)施簡便而成為PPS改性最常用的方法。碳納米管(CNTs是近年來出現(xiàn)的一種新型納米材料,它是由單層或多層石墨片卷曲而成。其無縫納米管狀纖維結(jié)構(gòu)決定了它具有極高的拉伸強(qiáng)度、良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性等。與其它改性聚合物的填充組分相比,CNTs可以在極低的填充量下賦予聚合物基體較好的增強(qiáng)改性效果[3,4]。因此,本文采用熔融復(fù)合制備了高性能的PPS/CNTs導(dǎo)電復(fù)合材料,并通過對(duì)材料導(dǎo)電和力學(xué)行為的研究,進(jìn)一步探討了CNTs復(fù)合體系的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的關(guān)系。1實(shí)驗(yàn)部分1.1主要原料聚苯硫醚(PPS:四川德陽科技提供,熔點(diǎn)285℃;多壁碳納米管(MWCNTs:由清華大學(xué)化工系提供,其團(tuán)聚顆粒平均直徑約300μm,比表面積200m3/g~300m3/g,外徑約20nm~25nm。1.2聚苯硫醚/碳納米管(PPS/CNTs復(fù)合材料的制備將不同質(zhì)量份的CNTs與100質(zhì)量份PPS基體混合,在290℃置于Polylab型Hakke轉(zhuǎn)矩流變儀(ThermoElectron公司,美國中密煉8min,即得PPS/CNTs復(fù)合材料,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速50r/min。將上述出料用RR/TSMP2型射模式制樣機(jī)(Ray2Ran,英國注射成型。注射機(jī)筒溫310℃,模具溫度100℃,注射壓力11MPa。1.3測(cè)試與表征斷,斷面噴金后,采用HITACHI2S24800型場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE2SEM,日立公司,日本進(jìn)行觀測(cè),加速電壓30kV。合材料的體積電阻,每個(gè)組分取三個(gè)樣,每個(gè)樣取四個(gè)點(diǎn),室溫測(cè)量。電子拉力機(jī)(WDW25型,華龍測(cè)試儀器廠,中國上海室溫下測(cè)試復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度;按GB/T1843-1996采用懸臂梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)(明珠實(shí)驗(yàn)機(jī)械廠,中國江都室溫下測(cè)試復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度。樣條型置于242C型動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀(DTMA,耐弛儀器制造公司,德國中,采用三點(diǎn)彎模式,頻率為1Hz,以5℃/min從室溫升至180℃,記錄模量及相位角隨溫度的變化。2結(jié)果與討論2.1PPS/CNTs復(fù)合體系的微觀形態(tài)Fig.1是PPS/CNTs復(fù)合材料的斷面形貌,不難發(fā)現(xiàn)碳納米管均勻分布在PPS基體中,無明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。由Fig.1(b可看出,分散在基體中的大部分碳納米管其直徑約為40nm~50nm,比純碳納米管的直徑(20nm~25nm大了一倍左右,這說明在熔融共混過程中碳納米管被基體PPS所包覆,兩相間存在較厚的界面層,這有效地促進(jìn)了碳納米管在PPS基體中的進(jìn)一步分散。顯然,PPS與CNTs間具有良好的親和性,可以預(yù)期,一維納米均勻分散的碳納米管有利于復(fù)合材料綜合性能的提高。Fig.1TEMimagesofPPS/CNTscomposites2.2PPS/CNTs復(fù)合材料的導(dǎo)電性能Fig.2給出了PPS/CNTs復(fù)合材料電導(dǎo)率σ對(duì)CNTs含量的依賴性。從圖中看出,當(dāng)CNTs含量少于1phr時(shí),復(fù)合材料的電導(dǎo)率σ?guī)缀鯖]有變化;繼續(xù)增加CNTs的含量,復(fù)合材料的電導(dǎo)率σ隨著CNTs含量的增加而急劇增加;而當(dāng)CNTs含量超過5phr之后,電導(dǎo)率σ的變化則趨于平緩。一般而言,當(dāng)導(dǎo)電填料填充進(jìn)絕緣聚合物基體后,復(fù)合材料往往在填料變化很小的范圍內(nèi)由絕緣體突變?yōu)榱紝?dǎo)體,這種現(xiàn)象稱為導(dǎo)電逾滲。此時(shí)導(dǎo)電填料相互搭接形成逾滲網(wǎng)絡(luò),為電子的傳輸提供了導(dǎo)電通路。對(duì)于PPS/CNTs復(fù)合材料來說,CNTs含量從1phr增加到3phr之后,電導(dǎo)率σ從2126×10-15S/cm突增到2188×10-6S/cm,相對(duì)于純PPS樹脂,大約增加了9個(gè)數(shù)量級(jí),這意味著PPS/CNTs復(fù)合材料的導(dǎo)電逾滲閥值可能在2phr~3phr之間。Fig.2ThecurvesofelectricalvolumeconductivityversusCNTscontentforPPS/CNTscompositesFig.3lg-lgplotoftheconductivityagainstm-mcforPPS/CNTscomposites經(jīng)典的逾滲理論認(rèn)為:σ∝σ0(Vf-Vf3t(1式中:σ———復(fù)合材料的電導(dǎo)率;σ0———填料的電導(dǎo)率;Vf———填料的體積分?jǐn)?shù);Vf3———臨界體積分?jǐn)?shù),即逾滲值;t———電導(dǎo)率在臨界體積分?jǐn)?shù)以上的增長指數(shù)。為了與下文的力學(xué)性能研究相對(duì)比,這里采用Benoit[3]提出的用質(zhì)量分?jǐn)?shù)來代替體積分?jǐn)?shù)的逾滲公式:σ∝σ0(m-mc3βm(2式中:m———填料質(zhì)量分?jǐn)?shù);βm與式1中的t含義一樣。對(duì)PPS/CNTs復(fù)合材料的導(dǎo)電行為采用Benoit擬合,結(jié)果見Fig.3。從擬合結(jié)果中可以得到PPS/CNTs復(fù)合材料導(dǎo)電逾滲的臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)為219973第8期吳蘭峰等:聚苯硫醚/碳納米管復(fù)合材料的導(dǎo)電和力學(xué)性能phr,這與上述實(shí)驗(yàn)值相近,即在PPS基體中CNTs含量接近3phr時(shí)形成了逾滲網(wǎng)絡(luò)。顯然,PPS/CNTs復(fù)合材料的導(dǎo)電性是典型的逾滲行為。較低的逾滲閥值同樣證實(shí)了CNTs均勻分散在PPS基體中,兩者間良好的親和性必然會(huì)改善復(fù)合體系的力學(xué)性能。2.3PPS/CNTs復(fù)合材料的力學(xué)性能Tab.1給出了不同PPS/CNTs復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、模量和沖擊強(qiáng)度與CNTs含量的關(guān)系。顯然,與純PPS試樣相比,當(dāng)CNTs填充量僅為1phr時(shí),體系模量即顯著增加了166%,而填充量為3phr時(shí),拉伸強(qiáng)度增幅達(dá)到66%。這進(jìn)一步證明了CNTs在PPS基體中的良好分散。兩相間良好的界面粘接使得復(fù)合體系在拉伸過程中,界面層能夠有效地將載荷傳遞至高強(qiáng)度的碳納米管,從而顯著增加了拉伸強(qiáng)度[4]。Tab.1ThemechanicalpropertiesofPPS/CNTscompositesSampleTensilestrength(MPaYoung′smodulus(GPaImpactstrength(kJ/m2PPS25.141.445.081phr29.883.836.713phr41.674.065.425phr43.684.356.237phr48.084.456.449phr44.324.315.83隨CNTs含量的增加,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度繼續(xù)增大。不過,當(dāng)CNTs含量達(dá)到3phr之后,拉伸強(qiáng)度的增加逐漸趨緩。如前文所述,CNTs含量達(dá)到3phr時(shí),一方面有更多的CNTs能夠承載外部載荷;但另一方面,均勻分散的CNTs開始形成逾滲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),CNTs互相搭接,并隨CNTs含量繼續(xù)增加網(wǎng)絡(luò)密度不斷增大,此時(shí)反而容易產(chǎn)生CNTs的聚集(見Fig.1(c,PPS基體對(duì)CNTs的有效包覆程度變差,兩相界面粘接減弱,從而形成不良的應(yīng)力集中點(diǎn)。因此,這種CNTs的聚集和CNTs間的應(yīng)力傳遞作用的矛盾使復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度增加趨緩。與填入CNTs后拉伸強(qiáng)度的顯著增加相比,復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的增加并不明顯,見Tab.1。與PPS純樣一樣,復(fù)合材料仍然表現(xiàn)出脆性斷裂的特征。但沖擊強(qiáng)度的略微增加仍然說明PPS基體中均勻分散的CNTs在一定程度上起到了能量耗散的作用,沖擊過程中剪切帶尤其是較厚的界面層有大量銀紋的產(chǎn)生,使復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度有所增加。因此,從以上測(cè)試結(jié)果綜合來看,CNTs的引入全面提高了PPS的力學(xué)性能,不過CNTs的用量并非越多越好,在獲得較好的力學(xué)性能提升的前提下,CNTs用量控制在逾滲閥值,即2phr~3phr左右較為適宜。Fig.4DynamicstoragemodulusE′vs.temperatureforPPS/CNTscomposites2.4PPS/CNTs復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能在材料的實(shí)際應(yīng)用過程中,往往許多時(shí)候是在交變負(fù)載以及溫度變化的復(fù)雜環(huán)境中使用的。這就有必要進(jìn)一步對(duì)PPS/CNTs復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)熱力學(xué)行為進(jìn)行測(cè)試。Fig.4給出了三點(diǎn)彎模式測(cè)量的PPS/CNTs復(fù)合材料儲(chǔ)能模量E’與溫度的關(guān)系圖。從圖中看出,復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量E′隨CNTs含量的增加逐漸增加。CNTs含量為1phr時(shí),E′就從純PPS基體的3800MPa左右提高到了4500MPa左右,與前面力學(xué)性能測(cè)試一致,較少的CNTs填充量即可得到較大的模量增幅。同樣,儲(chǔ)能模量E’的增加主要是由于CNTs與PPS基體之間良好的界面粘接帶來的有效應(yīng)力傳遞作用所致[5]。當(dāng)CNTs含量達(dá)到3phr時(shí),儲(chǔ)能模量E′達(dá)到最大。與前面所述的拉伸性能一樣,此時(shí)CNTs形成了逾滲網(wǎng)絡(luò),CNTs在承受應(yīng)力的同時(shí),還起到了傳遞應(yīng)力的作用。而當(dāng)CNTs含量超過3phr時(shí),儲(chǔ)能模量E′反而急劇下降,這與拉伸強(qiáng)度的變化不同,說明在彎曲過程中,復(fù)合體系的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能對(duì)CNTs逾滲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為敏感[6]。顯然,當(dāng)CNTs逾滲后隨其含量繼續(xù)增加,在CNTs的微觀聚集和CNTs間應(yīng)力傳遞作用這對(duì)矛盾中,對(duì)材料彎曲性能的貢獻(xiàn)則是CNTs的微觀聚集占據(jù)了主導(dǎo)作用。3結(jié)論熔融共混制備了聚苯硫醚/碳納米管復(fù)合材料。均勻分散的碳納米管顯著增加了復(fù)合材料的導(dǎo)電性,全面提高了復(fù)合材料的拉伸及沖擊強(qiáng)度,但過多的碳納米管對(duì)材料力學(xué)性能貢獻(xiàn)不大。參考文獻(xiàn):[1]WUDF,ZHANGYS,ZHANGM,etal.Morphology,nonisothermalcrystallizationbehavior,andkineticsofpolySci.,2007,105(2:7392748.[2]GOPAKUMARTG,GHADAGERS,PONRATHNAMS,etal.83高分子材料科學(xué)與工程2021年poly(phenylenesulfide/liquidcrystallinepolymerblends:1.non2isothermalcrystallizationkinetics[J].Polymer,1997,38:220922214.[3]BENOITJM,CORRAZEB,LEFRANTS,etal.TransportpropertiesofPMMA2carbonnanotubes[J].CompositesSyntheticMetals,2001,121(123:121521216.[4]KUANHC,MACCM,CHANGWP,etal.Synthesis,thermal,mechanicalandrheologicalpropertiesofmultiwallcarbonnanotube/waterbornepolyurethanenanocomposite[J].CompositesScienceandTechnology,2005,65(11212:170321710.[5]BROZAG,KWIATKOWSKAM,ROSLANIECZ,etal.Processingandassessmentofpoly(butyleneterephthalatenanocompositesreinforcedwithoxidizedsinglewallcarbonnanotubes[J].Polymer,2005,46(16:586025867.[6]WUDF,WUL,ZHANGM.Rheologyofmulti2walledcarbonnanotube/poly(butyleneterephthalatecomposites[J].J.Polym.Sci.PartB:Polym.Phys.,2007,45:223922251.ElectricalandMechnicalPropertiesofPoly(PhenyleneSulfide/CarbonNanotubesCompositesWULan2feng1,2,WUDe2feng1,2,ZHANGMing1,2(1.SchoolofChemistry&ChemicalEngineering,YangzhouUniversity;2.ProvincialKeyLaboratoryofEnvironmentalMaterial&Engineering,Yangzhou225002,ChinaABSTRACT:Poly(phenylenesulfide/carbonnanotubescomposites(PPS/CNTswerepreparedviameltmixing.Themorphology,electricalandmechanicalpropertiesofPPS/CNTscompositeswerestudied.TheresultsindicatethatCNTsshownicedispersioninthePPSmatrix,whichleadstoaremarkableenhancementintheperformanceofthecomposites.SmalladditionofCNTsincreasestheconductivityofthecompositesdramatically.Thepercolationthresholdisabout2phr~3phr.ComparedwiththoseofneatPPS,boththetensilestrengthandimpactstrengthofthecompositesincrease,especiallyatlowCNTsloadings.However,excessiveadditionofCNTshasnoremarkablecontributiontotheenhancementofmechanicalpropertiesduetothecontradictionbetweentheeffectofloadtransferandaggregationofCNTs,whichisfurtherconfirmedbythedynamicthermalmechanicalanalysis(DTMA.Keywords:PPS;CNTs;composites;conductivity;mechanicalproperties(上接第35頁。continuedfromp.35AdsorptionKineticsofWateronCollagenFibersTULian2mei,ZHENGXue2jing,TANGKe2yong(CollegeofMaterialsScience&Engineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450052,ChinaABSTRACT:Theadsorptionkineticsofwateroncollagenfiberswereinvestigatedinthepaper.Itisshownthatwateruptakingisrapidinthefirst6hours,followedbyaslowerrateuntilequilibriumisreached.Theamountofwateradsorbedoncollagenfibersatequilibriumincreaseswithincreasingtherelativehumidityoftheenvironment.BothLagergrenfirst2orderandthesecond2orderadsorptionkineticsmodelswereemployedtoanalyzetheexperimentaldata.Thesecond2orderkineticmodelpresentedabettercorrelationtotheexperimentaldata.Intra2particlediffusionplotsshowmulti2linearitywiththreedistinctstages:initialcurvedportion,followedbyintermediatelinearportionandthen,aplateau.Theintermediatelinearpartisconsideredtobecontrolledbyintra2particlediffusion.Thelinearplots,notpassthroughtheorigin,indicatethattheintra2particlediffusionisnottheonlyonefactorcontrollingthewateradsorptionrate.Keywords:collagenfibers;adsorption;water;kinetics93第8期吳蘭峰等:聚苯硫醚/碳納米管復(fù)合材料的導(dǎo)電和力學(xué)性能第39卷第11期2021年11月化工新型材料NEWCHEMICALMATERIALSVol.39No.11·1·作者簡介:馬鳴圖(1942-,男,副總工程師,從事汽車輕量化材料和相關(guān)成形技術(shù)研究欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍氥氥氥氥。行業(yè)述評(píng)塑料復(fù)合材料在汽車輕量化中的應(yīng)用馬鳴圖魏莉霞朱麗娟(中國汽車工程研究院股份,重慶400039摘要由于汽車工業(yè)的迅速發(fā)展,汽車產(chǎn)量和保有量的增多,帶來了油耗、排放和安全三大問題。論述了汽車節(jié)能減排是汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì),輕量化是汽車節(jié)能減排的直接而有效的手段;介紹了汽車輕量化意義和輕量化工程的實(shí)施方法。塑料復(fù)合材料具有比重輕、耐腐蝕,及很強(qiáng)的設(shè)計(jì)性和良好的工藝性能,是重要的輕量化材料;在汽車內(nèi)飾件、部分結(jié)構(gòu)件應(yīng)用塑料復(fù)合材料可減重60%以上。同時(shí)論述了汽車中應(yīng)用量較大的釜內(nèi)合金PP塑料的研究進(jìn)展和典型性能,這類材料在汽車輕量化和汽車用塑料單一化中展示了廣闊的前景。關(guān)鍵詞汽車輕量化,節(jié)能減排,釜內(nèi)合金PP塑料ApplicationofplasticcompositeinvehiclelightweightMaMingtuWeiLixiaZhuLijuan(ChinaAutomotiveEngineeringResearchInstituteCO.,LtdChongqing400039AbstractThebriefconditionofdevelopmentofchinaautomotiveindustrywasreviewed.Threeproblems:oilcon-sumption、emission、safetywerebroughtaboutduetotherapiddevelopmentofautoindustry、theproductionoutputandvehiclestockinChina.Energysavingandemissionreductionisnecessarytrendofvehicleindustrydevelopment.AeffectiveanddirectmethodandwayisAutolightweight.Theconcept,significanceandimplementationmethodshavebeenintro-duced.PlasticCompositebehavessmallproportion,goodcorrosionresisting,flexibledesignperformanceandbettertech-nologypropertywhichisimportantlightweightmaterial.theapplicationofplasticcompositeininteriortrimpart,somestructuralmembercanreduceweightabove60%.TherecentresearchprogressandtypicalpropertiesofPolymerizationfillingalloyPPextensivelyusedinvehiclewereintroducedinthearticleatthesametime.Thebroadprospectfortheappli-cationofPolymerizationfillingalloyPPandplasticsimplificationusedinvehicleisshowed.Keywordsvehiclelightweight,energysavingandemissionreduction,polymerizationfillingalloyPP2000年以來,中國汽車工業(yè)進(jìn)入了快車道,2021年中國汽車產(chǎn)量為1364萬輛,產(chǎn)銷量均居世界第一,2021年在世界金融危機(jī)的影響下,中國汽車產(chǎn)量達(dá)到1800萬輛,令世人刮目相看,汽車保有量接近8000萬輛。汽車產(chǎn)量的增多,保有量的加大,在給人們出行帶來方便和帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí),也產(chǎn)生了能耗、安全和排放三大問題。2021年中國石油產(chǎn)量為4.23億t,進(jìn)口2.4億t,石油的對(duì)外依存度達(dá)55%。在石油消耗中,汽車是消耗石油的大戶,汽油消耗占國內(nèi)汽油總產(chǎn)量的85%;汽車柴油消耗占全國柴油消耗總量的35%,農(nóng)用車柴油的消耗占中國柴油總產(chǎn)量的11%,兩者占中國柴油總產(chǎn)量的46%。汽車工業(yè)發(fā)展的另外一個(gè)問題就是排放,在大城市中汽車排放污染已占到城市大氣污染的80%,汽車的尾氣排放除少量的有害氣體之外,還有大量的溫室氣體排放,每燃燒一升汽油,將產(chǎn)生2.2~2.5kg的CO2;溫室氣體是近年來全球變暖、南北極冰層融化、氣候反常的一個(gè)重要因素。2021年10月,地球大氣層中CO2含量已達(dá)到390ppm(×10-6,下同,而人類賴以生存的地球無反常感覺的大氣層中CO2的最高含量為430ppm,因此世界各國特別關(guān)注溫室氣體的排放。汽車工業(yè)的發(fā)展、汽車產(chǎn)量、保有量增多、運(yùn)行車輛增多也帶來了交通安全問題。從2005年以后,中國每年死于交通事故的人數(shù)都超過10萬人,每年傷亡人數(shù)超過20萬人,即百萬輛汽車死亡人數(shù)超過0.5萬人。隨著汽車產(chǎn)量的增多,這一數(shù)字還會(huì)增加。每年交通事故的損失巨大。因此如何提高汽車運(yùn)行過程中的安全性和出現(xiàn)交通事故后減少對(duì)人身的傷害(被動(dòng)安全性也是汽車工業(yè)所面臨的重大安全問題。擺在汽車工業(yè)面前的一個(gè)十分緊迫的問題就是節(jié)能減排,同時(shí)也提高汽車的安全性,汽車的節(jié)能減排,除了降低風(fēng)阻、提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率、降低摩擦之外,一個(gè)最直接、最有效的方法和途徑就是輕量化。1汽車輕量化意義重大1.1汽車輕量化是節(jié)能減排的重要方法和途徑對(duì)一般乘用車而言,重量每減少10%,可節(jié)油7%~8%,CO2排放可減少6%~7%,其他有害氣體排放可減少3%~化工新型材料第39卷4%;對(duì)大部分商用車而言,每減重1000kg,油耗可降低6%~7%。美國福特汽車公司的全順車在歐洲試驗(yàn)結(jié)果表明,滿足歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)條件下,每百公里油耗Y與自重X滿足以下關(guān)系:Y=0.003X+3.3434(1油耗的下降,意味著CO2、氮氧化物(NOx等有害氣體排放量的下降。對(duì)各種類型車的大量試驗(yàn)結(jié)果表明,車輛的油耗與汽車的質(zhì)量成線性關(guān)系。圖1表示汽車運(yùn)行阻力分析?？梢钥闯?在汽車運(yùn)行的4種阻力中,只有空氣動(dòng)力學(xué)阻力與汽車的自重?zé)o關(guān),其他3種阻力均與汽車自重呈線性關(guān)系;這進(jìn)一步表明汽車輕量化可以有效減低汽車運(yùn)行的阻力,從而降低油耗和排放。汽車減重10%,對(duì)不同類型車型油耗影響的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果見圖2,可見減重可以有效提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。1.2汽車輕量化是提高汽車動(dòng)力性、舒適性和競爭力的必然選擇汽車輕量化后,在同樣的發(fā)動(dòng)機(jī)情況下,由于汽車運(yùn)行阻力的降低,而使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能提升、加速性能改善。同時(shí),由于汽車輕量化而使汽車中附加的舒適性相關(guān)的附件、汽車電器、電子的增重與輕量化相平衡而不另外增加汽車的重量,即可在較高舒適性的前提條件下,保持節(jié)能減排。另外,汽車輕量化實(shí)施過程中將會(huì)采用一系列的新技術(shù)、新工藝、新材料,從而提升汽車的檔次,也提高了汽車的競爭能力。1.3汽車輕量化對(duì)相關(guān)工業(yè)具有很好的帶動(dòng)作用汽車輕量化是高強(qiáng)度鋼、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼、輕量化的材料鋁合金、鎂合金、塑料復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)集成,汽車輕量化將會(huì)促進(jìn)這些新技術(shù)、新材料的發(fā)展,從而對(duì)汽車相關(guān)工業(yè)具有強(qiáng)大的帶動(dòng)作用。1.4汽車輕量化是社會(huì)發(fā)展的需要當(dāng)前,我國石油對(duì)外依存度已超過55%,石油的進(jìn)口和儲(chǔ)備已涉及到我國的能源戰(zhàn)略安全,汽車輕量化有效的節(jié)能不僅可以減少大氣污染,還有利于我國石油的戰(zhàn)略儲(chǔ)備和能源安全,從而保證我國國民經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)行和社會(huì)發(fā)展的正常需要。因此,汽車輕量化有利于滿足法規(guī)要求、可以使軸荷更好的分配、在不加重的前提條件下提高舒適性、有利控制CO2排放,即可以降低摩擦消耗、降低有害氣體排放、改進(jìn)行駛的動(dòng)力學(xué)性能、提高行駛的舒適性、優(yōu)化動(dòng)力對(duì)質(zhì)量的比。因此無論普通燃油車、混合動(dòng)力車和新能源汽車都需要輕量化?？傊?從社會(huì)發(fā)展的角度,從能源戰(zhàn)略儲(chǔ)備的角度以及環(huán)境和社會(huì)發(fā)展的需要,汽車輕量化都具有重要意義。2輕量化的實(shí)施途徑汽車輕量化的實(shí)施必須首先進(jìn)行輕量化的概念設(shè)計(jì),通過幾何形狀的優(yōu)化,包括采用優(yōu)化的輕量化結(jié)構(gòu)、去掉汽車零部件的冗余部分和采用空心結(jié)構(gòu),從而產(chǎn)生相關(guān)的輕量化;通過合理的選材,包括應(yīng)用高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度的輕量化材料、低密度的材料,如鋁合金、鎂合金、塑料復(fù)合材料等,利用這些材料優(yōu)勢(shì)的集成,達(dá)到既輕量化又保證滿足各種法規(guī),特別是碰撞安全法規(guī)的要求。當(dāng)采用各種高強(qiáng)度材料時(shí),就會(huì)涉及材料先進(jìn)的成形技術(shù),因此,通過采用先進(jìn)的成形技術(shù),包括超高強(qiáng)度鋼的熱沖壓成形技術(shù)、塑料復(fù)合材料的氣輔成形技術(shù)、鋁合金和鎂合金的半固態(tài)成形技術(shù)等,使復(fù)雜零部件成形和滿足零部件功能的要求,并取得輕量化。因此,汽車輕量化實(shí)際是各種高強(qiáng)度輕量化材料優(yōu)勢(shì)的集成,各種先進(jìn)制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)集成,是設(shè)計(jì)、材料、制造工藝技術(shù)多個(gè)專業(yè)優(yōu)勢(shì)的集成。其輕量化的實(shí)施途徑見圖3。圖3汽車輕量化的實(shí)施路徑3塑料復(fù)合材料在汽車輕量化中的應(yīng)用3.1塑料復(fù)合材料對(duì)汽車的減重效果塑料復(fù)合材料具有密度小、比強(qiáng)度高、抗腐蝕性好、易成形從而降低了復(fù)雜零件的加工難度,塑料基的復(fù)合材料可設(shè)計(jì)性強(qiáng),耐沖擊并可絕熱、不導(dǎo)電,因此,是汽車輕量化的重要材料。典型塑料的比重僅為鋼的1/7,和鋼相比,塑料復(fù)合材料減重的潛力示于圖4,圖中示出了零件等彎曲彎度和等彎曲強(qiáng)度下塑料對(duì)鋼的減重百分?jǐn)?shù)。3.2塑料復(fù)合材料在汽車上應(yīng)用的零件示例塑料復(fù)合材料在汽車上有廣泛的應(yīng)用,包括內(nèi)飾件、裝飾件和許多結(jié)構(gòu)件,特別是近年來塑料復(fù)合材料正由內(nèi)飾件和裝飾件向結(jié)構(gòu)件發(fā)展,以減輕汽車結(jié)構(gòu)件目前的重量。典型的構(gòu)件有發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管、各種內(nèi)飾的拉手、發(fā)動(dòng)機(jī)油底·2·第11期馬鳴圖等:塑料復(fù)合材料在汽車輕量化中的應(yīng)用圖4塑料復(fù)合材料減重的比例殼、汽車懸架的變截面板簧、發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋以及部分車門的內(nèi)外板、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板等。塑料復(fù)合材料目前在汽車上應(yīng)用的品種有PP、PE、PVC、PA、POM、PC等,以及短纖維和長纖維增強(qiáng)的塑料復(fù)合材料。汽車用的工程塑料大體可以分為兩大類,目前在不同乘用車車型上應(yīng)用的重量比大約為8%~10%,商用車車型上1%~2%。除了上述構(gòu)件之外,在混合動(dòng)力車上,還有一個(gè)重要的應(yīng)用就是電池支架,在內(nèi)飾件中有儀表板、發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管。汽車用塑料復(fù)合材料有熱固性和熱塑性兩類,考慮到汽車回收方便和法規(guī)的要求,目前熱固性塑料用量正在下降,由于熱固性塑料價(jià)格較便宜,特別是樹脂類的復(fù)合材料包括SMC、長纖維增長的復(fù)合材料在商用車上還有較多的應(yīng)用,如導(dǎo)流板、發(fā)動(dòng)機(jī)油殼等。熱塑性復(fù)合材料用量正在擴(kuò)大,重點(diǎn)包括:ABS、尼龍和聚丙烯等。考慮到汽車回收的方便,目前汽車塑料的一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì),是汽車用塑料的單一化,以便于管理,擴(kuò)大應(yīng)用,便于回收。3.3汽車用塑料復(fù)合材料的發(fā)展汽車用塑料復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)是單一化和擴(kuò)大熱塑性塑料的應(yīng)用,重點(diǎn)是PP塑料的擴(kuò)大應(yīng)用。長期以來,汽車用PP塑料的改性是通過共混料加入橡膠彈性體以提高PP塑料的強(qiáng)度和韌性,但是在共混料摻入橡膠彈性體時(shí),很難保證細(xì)顆粒彈性體分布均勻,針對(duì)這種情況,近年來,國外開發(fā)了釜內(nèi)合金。通過催化反應(yīng)在釜內(nèi)合金中加入橡膠彈性體,確保彈性體顆粒的分布均勻和顆粒細(xì)小,以及基礎(chǔ)料和共混料的性能的一致性。該類釜內(nèi)合金PP塑料基礎(chǔ)料性能及一汽奔騰和吉利熊貓保險(xiǎn)杠的性能、改性料的性能分別列于表1、表2、表3和表4。表1釜內(nèi)合金兩種PP塑料的性能實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目材料一材料二23.519.8斷裂標(biāo)稱應(yīng)變36160拉伸彈性模量761366彎曲強(qiáng)度18.819.82彎曲彈性模量1243947.6懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度1242缺口沖擊破壞情況PP無缺口沖擊破壞情況NN表2吉利和一汽釜內(nèi)合金改性材料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一汽改性吉利改性18.117.7斷裂標(biāo)稱應(yīng)變60490拉伸彈性模量755529彎曲強(qiáng)度31.529.1彎曲彈性模量17101300懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度3145缺口沖擊破壞情況PP無缺口沖擊破壞情況NN表3一汽保險(xiǎn)杠取樣的力學(xué)性能試驗(yàn)項(xiàng)目保險(xiǎn)杠(裸件保險(xiǎn)杠(涂漆件拉伸強(qiáng)度16.416.9斷裂標(biāo)稱應(yīng)變3040彎曲強(qiáng)度30.735.8彎曲彈性模量11881333懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度33.430.7缺口沖擊破壞情況PP無缺口沖擊破壞情況N55(P表4釜內(nèi)合金制作的吉利熊貓保險(xiǎn)杠的性能性能指標(biāo)單位熊貓保險(xiǎn)杠技術(shù)要求原用材料釜內(nèi)合金基礎(chǔ)料釜內(nèi)合金改性料拉伸強(qiáng)度MPa≥1716.619.817.7斷裂伸長率%曲強(qiáng)度MPa≥1926.319.8229.1彎曲模量MPa≥1100917947.61300懸臂梁沖擊強(qiáng)度(23℃KJ/m2≥4